热管式烟气加热熔盐储热系统

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及适用于火力发电机组的热管式烟气加热熔盐储热系统。

背景技术

为了实现能源结构从碳基能源向零碳能源转变的目标，各大电力企业每年都有大量的风、光电等新能源接入电网。

但是，风电与光电具有随机性与波动性特征，无法做到发电负荷与用电负荷匹配，对电网的稳定性造成了巨大威胁。因此，开发高效大容量新型储能技术已经成为解决电力系统供需失衡的手段之一。

储能技术按照其原理可以分为电化学储能、机械储能、热储能等多种储能方式。电化学储能采用直接储电的方式，能量储存效率高，但难以实现大规模储存。机械储能以抽水蓄能和压缩空气储能为代表，其中，抽水蓄能较为成熟，但需要地势高差这个的环境条件，而压缩空气储能能量密度较低，储存的压缩空气所需储罐群和盐穴矿井占地空间大，难以大规模推广。

热力发电是目前我国的主要发电方式，当发电负荷低于用电负荷时直接把用于发电的热储存起来，相对来说更加简单高效，避免了热量转移和转化过程损失，具有广阔的发展前景。

然而，现有的热储能技术方案存在安全性不高、经济性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热管式烟气加热熔盐储热系统。该系统利用烟气通过热管式烟气-熔盐换热器加热熔盐进行储热，可以实现火力发电机组高效储热，不仅安全性高，而且经济性好。

为实现上述目的，本发明提供一种热管式烟气加热熔盐储热系统，包括燃煤锅炉，所述燃煤锅炉设有炉膛、水平烟道和竖向的尾部烟道，所述尾部烟道设有与之并联的旁通烟道，所述旁通烟道设有烟气-熔盐换热器，所述烟气-熔盐换热器包括高温热管式烟气-熔盐换热器和低温热管式烟气-熔盐换热器，所述高温热管式烟气-熔盐换热器水平布置于所述旁通烟道的入口处，所述低温热管式烟气-熔盐换热器水平布置于所述旁通烟道的出口处；所述高温热管式烟气-熔盐换热器和低温热管式烟气-熔盐换热器分别设有烟气流道、熔盐流道和热管，所述热管的蒸发段位于所述烟气流道，所述热管的冷凝段位于所述熔盐流道；所述烟气流道接入所述旁通烟道，用于流通烟气并加热所述热管的蒸发段，所述热管设置为以相变热传递的方式将热量传递到冷凝段，所述冷凝段用于对所述熔盐流道内的熔盐进行加热；所述熔盐流道接入熔盐储热回路，用于流通熔盐以进行储热。

可选地，还包括冷熔盐储罐和热熔盐储罐，所述冷熔盐储罐的出口通过低温盐泵连通所述低温热管式烟气-熔盐换热器的熔盐流道入口，所述低温热管式烟气-熔盐换热器的熔盐流道出口连通所述高温热管式烟气-熔盐换热器的熔盐流道入口，所述高温热管式烟气-熔盐换热器的熔盐流道出口连通所述热熔盐储罐的入口。

可选地，所述尾部烟道内设有低温过热器和省煤器，所述高温热管式烟气-熔盐换热器的烟气流道与所述尾部烟道在所述低温过热器的上游相连通；所述低温热管式烟气-熔盐换热器的烟气流道与所述尾部烟道在所述省煤器的下游相连通。

可选地，所述高温热管式烟气-熔盐换热器的烟气流道通过烟道进口膨胀节与所述尾部烟道相连通，所述低温热管式烟气-熔盐换热器的烟气流道通过烟道出口膨胀节与所述尾部烟道相连通。

可选地，所述高温热管式烟气-熔盐换热器和低温热管式烟气-熔盐换热器的熔盐流道位于其烟气流道的顶部；所述烟气流道的一端为烟气进口，用于连通所述尾部烟道；所述烟气流道的另一端为烟气出口，用于连通所述旁通烟道；所述熔盐流道设有熔盐流道进口和熔盐流道出口。

可选地，所述熔盐流道进口位于所述熔盐流道一侧的底部位置，所述熔盐流道出口位于所述熔盐流道另一侧的顶部位置。

可选地，所述烟气流道的烟气进口通过烟道进口法兰与所述尾部烟道相连接，所述烟气流道的烟气出口通过烟道出口法兰与所述旁通烟道相连接。

可选地，所述烟气流道与熔盐流道之间设有隔板，所述热管贯穿所述隔板。

可选地，所述热管的蒸发段为翅片管或光管形式。

可选地，所述热管沿竖直方向分布或者与水平方向成一定倾角。

本发明所提供的在热管式烟气加热熔盐储热系统，在燃煤发电系统中新增熔盐储热回路，熔盐储热回路和燃煤发电系统通过热管式烟气-熔盐换热器耦合并换热，换热器的烟气流道接入燃煤发电系统，流通烟气并将显热释放给熔盐，换热器的熔盐流道接入熔盐储热回路，流通高温熔盐并储热，换热器热管的蒸发段和冷凝段分别布置在烟气流道和熔盐流道，热管以相变热传递的方式将其热量传递到冷凝段。这样，来自冷熔盐储罐的冷熔盐流经换热器的熔盐流道并与热管冷凝段换热被加热成热熔盐，热熔盐被送往热熔盐储罐，将热量以熔盐显热的形式存储起来。由于运用烟气作为热源，以热管作为传热中间手段加热熔盐储热，因此系统中烟气与熔盐不直接换热，避免了换热管受到烟气和熔盐双重腐蚀易失效的问题，方便了熔盐回路设备的隔离检修；而且，由于热管传热系数高、传热温差大，提高了烟气加热熔盐的换热能力，减小了换热设备体积。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种热管式烟气加热熔盐储热系统的结构示意图；

图2为图1中所示高温热管式烟气-熔盐换热器的结构示意图。

图中：

1.燃煤锅炉烟气回路；2.烟气加热熔盐储热装置；3.炉膛；4.水平烟道；5.尾部烟道；6.烟道进口膨胀节；7.高温热管式烟气-熔盐换热器；8.旁通烟道；9.低温热管式烟气-熔盐换热器；10.烟道出口膨胀节；11.热熔盐储罐；12.低温盐泵；13.冷熔盐储罐；14.烟道进口法兰；15.热管；16.烟气流道；17.烟道出口法兰；18.隔板；19.熔盐流道进口；20.熔盐流道；21.熔盐流道出口；22.低温过热器；23.省煤器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种热管式烟气加热熔盐储热系统的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的热管式烟气加热熔盐储热系统适用于燃煤发电系统的燃煤锅炉，整个系统主要由燃煤锅炉烟气回路1和烟气加热熔盐储热装置2两部分构成，燃煤锅炉烟气回路1和烟气加热熔盐储热装置2通过高温热管式烟气-熔盐换热器7和低温热管式烟气-熔盐换热器9耦合并换热。

燃煤锅炉烟气回路1主要由炉膛3、水平烟道4、尾部烟道5依次相连组成，烟气加热熔盐储热装置2与竖向的尾部烟道5并联，尾部烟道5的内部布置低温过热器22和省煤器23。

烟气加热熔盐储热装置2主要由烟道进口膨胀节6、高温热管式烟气-熔盐换热器7、旁通烟道8、低温热管式烟气-熔盐换热器9、烟道出口膨胀节10、热熔盐储罐11、低温盐泵12、冷熔盐储罐13等组成，高温热管式烟气-熔盐换热器7和低温热管式烟气-熔盐换热器9水平布置，旁通烟道8竖直布置。

具体地，旁通烟道8与尾部烟道5并联，高温热管式烟气-熔盐换热器7水平布置于旁通烟道8的入口处，低温热管式烟气-熔盐换热器9水平布置于旁通烟道8的出口处；高温热管式烟气-熔盐换热器7和低温热管式烟气-熔盐换热器9分别设有烟气流道16、熔盐流道20和热管15，以高温热管式烟气-熔盐换热器7为例，其热管15为碱金属热管，热管15的蒸发段位于烟气流道16，热管15的冷凝段位于熔盐流道20。

烟气流道16接入旁通烟道8，用于流通烟气并加热热管15的蒸发段，热管15设置为以相变热传递的方式将热量传递到冷凝段，冷凝段用于对熔盐流道20内的熔盐进行加热；熔盐流道20接入熔盐储热回路，用于流通熔盐以进行储热。

冷熔盐储罐13的出口通过低温盐泵12连通低温热管式烟气-熔盐换热器9的熔盐流道入口，低温热管式烟气-熔盐换热器9的熔盐流道出口连通高温热管式烟气-熔盐换热器7的熔盐流道入口，高温热管式烟气-熔盐换热器7的熔盐流道出口连通热熔盐储罐11的入口。

尾部烟道5内设有低温过热器22和省煤器23，高温热管式烟气-熔盐换热器7的烟气流道与尾部烟道5在低温过热器22的上游相连通，且两者之间设有烟道进口膨胀节6；低温热管式烟气-熔盐换热器9的烟气流道与尾部烟道5在省煤器23的下游相连通，且两者之间设有烟道出口膨胀节10。

上述热管式烟气加热熔盐储热系统的工作流程如下：

在烟气流路上，燃煤锅炉烟气回路1中的烟气分别进入尾部烟道5和烟气加热熔盐储热装置2(见图中双点划线所示)，一部分烟气在尾部烟道5流过低温过热器22、省煤器23，另一部分烟气在烟气加热熔盐储热装置2依次流过高温热管式烟气-熔盐换热器7的烟气流道、旁通烟道8、低温热管式烟气-熔盐换热器9的烟气流道并放热，最后返回尾部烟道5。

在熔盐流路上，来源于低温熔盐储罐13的低温熔盐利用低温盐泵12依次流经低温热管式烟气-熔盐换热器9和高温熔盐热管换热器7的熔盐流道并吸热(见图中单点划线所示)，最终流到热熔盐储罐11。

热熔盐储存的显热既可以通过加热锅炉、汽轮发电机组回热系统的汽水返回发电系统发电，也可以加热汽水，对外进行工业供汽。

请一并参考图2，图2为图1中所示高温热管式烟气-熔盐换热器的结构示意图。

如图所示，高温热管式烟气-熔盐换热器7和低温热管式烟气-熔盐换热器9的结构基本相同，两者的熔盐流路相串联，还是以高温热管式烟气-熔盐换热器7为例，其熔盐流道20位于其烟气流道16的顶部；烟气流道16的一端为烟气进口，用于连通尾部烟道5，烟气流道16的另一端为烟气出口，用于连通旁通烟道8；熔盐流道20设有熔盐流道进口19和熔盐流道出口21。

熔盐流道进口19位于熔盐流道20一侧的底部位置，熔盐流道出口21位于熔盐流道20另一侧的顶部位置，有利于熔盐更加顺场地流动和换热，烟气流道16的烟气进口通过烟道进口法兰14与尾部烟道5相连接，烟气流道16的烟气出口通过烟道出口法兰17与旁通烟道8相连接。

烟气流道16与熔盐流道20之间设有隔板18，若干热管15贯穿隔板18，其蒸发段位于烟气流道16内，冷凝段位于熔盐流道20内，热管15的蒸发段可以是翅片管或光管形式，热管15可以沿竖直方向分布或者与水平方向成一定倾角，便于热管内工质利用重力回流至蒸发段。

高温热管式烟气-熔盐换热器7和低温热管式烟气-熔盐换热器9的具体工作过程如下：锅炉烟气首先在烟气流道16中加热热管15的蒸发段，使热管中的工作介质蒸发并运动到上部冷凝段，然后冷熔盐在熔盐流道20中与热管15的冷凝段换热并被加热成热熔盐。这个过程中烟气逐渐被冷却，熔盐温度不断升高，烟气显热转移成熔盐显热，然后送到热熔盐储罐11中存储起来，以此来实现烟气热量的存储。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，根据锅炉类型的不同，其尾部烟道5的构造和内部所设置的部件发生相应的变化，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

与现有技术相比，本发明提出的热管式烟气加热熔盐储热系统，具有经济、安全等优势，适合于燃煤火力发电机组储能。相对于汽水储热，本发明运用烟气作为储热热源，减少了汽水储热这个中间过程，避免了能量传递过程中品质下降，能够存储更高品质的热能，同时无需布置高温高压汽水换热设备，投资小、安全性高；相对于烟气与熔盐直接换热储热，本发明提出热管式烟气-熔盐换热器使用了热管作为中间媒介将烟气与熔盐隔离开，避免了烟气-熔盐换热器的材料同时面临烟气和熔盐两侧腐蚀威胁，提高了设备安全性。同时，由于热管传热系数高、布置灵活，也使烟气储热设备更加紧凑。

以上对本发明所提供的热管式烟气加热熔盐储热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。